Funktioner och fördelar med ARM-datorer: allt du behöver veta

Den här artikeln inbjuder dig att fördjupa dig i det fascinerande universumet av ARM-datorer. Vi ska titta närmare på deras historia, hur de fungerar, deras användningsområden i verkligheten, skillnader med andra arkitekturer (som Intels och AMDs x86) samt deras styrkor och svagheter.

För bara några decennier sedan, om någon nämnde ordet "processor", var det första som dök upp i tankarna märken som Intel o AMD, med sina välkända PC-chips. Men under senare år har en ny aktör gjort sig ett namn inom sektorn och revolutionerat hur vi förstår datorer, mobiltelefoner och alla typer av digitala enheter: ARM-processorer. Men vad ligger egentligen bakom denna arkitektur? Vilka är dess verkliga fördelar jämfört med andra traditionella processorer?

Hur fungerar en ARM-processor? Viktiga principer och skillnader med x86

Nyckeln till ARM-arkitekturen ligger i enkelhet och effektivitet hos instruktionsuppsättningen. Baserade på RISC-filosofin utför ARM-processorer mycket grundläggande operationer (addition, subtraktion, dataförflyttning, hopp etc.) i individuella klockcykler, istället för komplexa och långa instruktioner som CISC (typiskt för x86 från Intel och AMD). Det här betyder att ett ARM-chip kan ha färre transistorer, vilket i sin tur innebär:

• Lägre energiförbrukning.
• Minskning av genererad värme.
• Lägre tillverkningskostnad.

I nyare designer (som ARMv8 och ARMv9), En ARM-processor kan fungera i både 32-bitars och 64-bitars lägen., som matchar och ibland överträffar processorkraften hos sina x86-rivaler i vardagliga uppgifter. De kärnanpassning tillåter varje tillverkare att lägga till specifika enheter, utöka cacheminne, lägga till grafikprocessorer eller artificiell intelligens, etc.

Det finns också två driftsätt:

• ARM-läge32-bitarsinstruktioner, maximal effekt och prestanda
• Tumläge16-bitars komprimerade instruktioner, lägre strömförbrukning och högre koddensitet, idealisk för enheter med minnesbegränsningar

Enkelhet betyder inte brist på kraft: Nuvarande versioner av ARM har avancerad pipeline, pipeline, branch prediction och flera kärnor., vilket kommer mycket nära prestandan hos de bästa x86-chipsen, särskilt i uppgifter där energieffektivitet är avgörande.

Huvudfunktioner hos ARM-datorer

För att helt förstå vad som gör en dator med en ARM-processor speciell måste vi titta på alla dess funktioner. tekniska egenskaper, både på hårdvaru- och logisk arkitekturnivå:

• RISC-arkitekturenkel instruktion, snabb exekvering, färre transistorer
• KärnanpassningTillverkare kan modifiera designen, integrera grafik, AI, säkerhet etc.
• Ultralåg energiförbrukningidealisk för bärbara enheter och utrustning utan aktiva kylsystem
• 32- och 64-bitarskompatibilitetDe senaste generationerna stöder båda, vilket förbättrar både hastighet och minneskapacitet.
• Cache- och minneseffektivitetIntegrering av optimerad L1/L2-cache och databuss
• Utökat instruktionsstödTumläge, SIMD-stöd (NEON), flyttal och tillägg för artificiell intelligens i de senaste modellerna
• Öppen licensVem som helst kan utveckla sina egna ARM-baserade chip genom att betala designlicensen. Detta har skapat en enorm variation av produkter och konkurrens mellan tillverkare.
• Bred kompatibilitet med operativsystemAndroid, iOS, Windows, Linux, macOS (på de senaste Mac-datorerna), bland många andra

På användningsnivå, Spridningen av ARM-chip är inte begränsad till mobiltelefoner och surfplattor.; Det finns fler och fler ARM-datorer, bärbara datorer, minidatorer, servrar och till och med superdatorer som förlitar sig på sin effektivitet och skalbarhet.

Fördelar med ARM-datorer jämfört med Intel och AMD

Fördelarna med ARM-arkitektur jämfört med traditionella x86-processorer (Intel och AMD) är ganska uppenbara. Bland de starka punkterna finns:

• Oöverträffad energieffektivitet: elförbrukning är mycket mindre, vilket innebär Längre batteritid för bärbara datorer och lägre elräkningar för servrar. Vissa ARM-chip av den senaste generationen förbrukar knappt 1 W, jämfört med 15–45 W för konventionella x86-chip.
• Kylning gjort enkeltgenom att producera mindre värme, De kräver inte kraftfulla fläktar eller komplexa avledningssystem. Detta möjliggör fläktlösa designer, smalare och tystare höljen.
• Lägsta tillverkningsprisfärre transistorer och kisel, lättare att producera i stor skala, sänka kostnaderna och möjliggöra skapandet av prisvärda datorer.
• Flexibilitet och anpassningTillverkare kan skapa anpassade chip för alla behov, från mycket små IoT-enheter till högpresterande datorer.
• Ständiga uppdateringarKonkurrens mellan tillverkare (Apple, Qualcomm, Samsung, MediaTek, NVIDIA, etc.) driver innovation och kontinuerlig förbättring av prestanda och effektivitet.
• MultiplatformstödDet är vanligt att se ARM-datorer kompatibla med Android, Linux, Chrome OS, Windows 10/11 och macOS, vilket erbjuder en enorm mångsidighet för utvecklare och användare.

Dessa fördelar förklarar Varför ARM-datorer har erövrat mobilvärlden och nu på allvar konkurrerar inom områdena bärbara datorer, konvertibla datorer, minidatorer och servrar. Ankomsten av Apples kiselchips i Mac-datorer har visat att en bra balans mellan kraft och batteritid kan uppnås, vilket banar väg för andra tillverkare att följa efter.

Huvudsakliga nackdelar och begränsningar med nuvarande

Naturligtvis är det inte alla fördelar. ARM-datorer har också begränsningar som måste beaktas.:

• Begränsad programvarukompatibilitetmånga applikationer (särskilt de som är designade för x86) De fungerar inte direkt på ARM. Även om det finns emuleringssystem (som Apples Rosetta 2 eller Prism på Windows), prestandan kan påverkas.
• Lägre råeffekt i vissa scenarierFör mycket krävande uppgifter (professionell videoredigering, extremt spelande, CAD, avancerad virtualisering), ARM-chip De hamnar oftast efter de bästa x86:orna.
• Beroende av optimeringar: för få ut det mesta av det, måste utvecklare skapa specifika versioner av sina applikationer för ARM.
• Lägre tillgång på hårdvara och komponenter: fastän förändras snabbt, för närvarande finns det Färre alternativ för 100 % ARM-kompatibla komponenter och tillbehör på marknaden, särskilt i Europa och Amerika.
• Begränsningar i spel och anpassningSpeldatorer kräver ofta dedikerade grafikkort, mer RAM-minne och uppgraderingsmöjligheter, vilket är ännu mer begränsat på ARM än på x86-plattformar.

Trenden är dock att dessa begränsningar minskar med tiden, i takt med att tillverkare och utvecklare i allt högre grad förlitar sig på ARM.

Typer av ARM-processorer och teknisk utveckling

ARM-ekosystemet har flera varianter och familjer, från de tidigaste 16- och 32-bitarschipsen till de senaste 64-bitarsbestarna riktade mot servrar, stationära datorer och avancerade bärbara datorer. Låt oss titta på de viktigaste:

• ARM1, ARM2, ARM3historiska pionjärer, ofta använd i tidiga persondatorer och inbyggda system
• ARM6, ARM7, ARM9, ARM11progressiv utveckling inom kraft och effektivitet, med integrerad cache, multimediastöd och utseendet på SIMD- och Thumb-instruktioner
• StrongARM och XScale: chips licensierade från DEC och Intel, mycket populära på 2000-talet i handdatorer, mobiltelefoner och industriella enheter
• Cortex-A, Cortex-R, Cortex-M: de mest relevanta familjerna idag. Cortex-A för allmänna applikationer (smartphones, surfplattor, bärbara datorer), med versioner med en och flera kärnor, NEON, TrustZone och multimediafunktioner. Cortex-R för realtidssystem (bilar, automation) och Cortex-M för kostnadseffektiva mikrokontroller med låg effekt.
• ÄppelkiselApples egna ARM-baserade chip, från M1 till M3, med Pro-, Max- och Ultra-varianter, som är ledande vad gäller prestanda på bärbara och stationära datorer som kör macOS.
• lejongapQualcomms flaggskeppsserie, flitigt använd i mobiltelefoner och nu i ultrabooks och bärbara datorer med Snapdragon X Elite och nya Copilot+ PC.

Relaterad artikel:

En ny Surface Pro-enhet dyker upp i kinesisk certifiering, som retar en ARM-driven uppdatering.

Operativsystem och programvarukompatibilitet på ARM

En nyckelaspekt är programvarukompatibilitet, särskilt i stationära operativsystem och applikationer:

• Android och iOSSystem designade från början för ARM, vilket säkerställer kompatibilitet och god prestanda på mobiltelefoner och surfplattor.
• LinuxBrett stöd för distributioner som Ubuntu, Debian, Arch Linux, Kali, Gentoo, Oracle Linux och många fler, samt BSD (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD).
• MacOSSedan 2020 har Mac-datorer med Apple Silicon endast körts på ARM, och de flesta appar har portats eller emulerats med Rosetta 2.
• Windows 10 och 11 för ARMFörbättrade versioner som stöder inbyggda appar och x86-emulering, särskilt tack vare Windows 11 Copilot+ och dess Prism-motor.

Den stora utmaningen för ARM-datorer just nu är fortfarande kompatibilitet med skrivbordsapplikationer. Även om många populära appar redan har inbyggda ARM-versioner, finns det fortfarande specialiserad programvara som kräver emulering eller inte är optimerad.

Marknad och mest relevanta ARM-datortillverkare

Idag sticker flera företag och enheter ut som trendsättare på ARM-marknaden för datorer:

• Applemed sin MacBook, iMac, Mac Mini och Mac Studio baserade på Apple Silicon. Dessutom använder iPhone, iPad, Apple Watch och Apple TV även ARM.
• MicrosoftARM-datorerna i Surface Pro X- och Surface Copilot+-serierna representerar Redmonds engagemang, med inbyggt stöd för Windows och optimeringsinsatser.
• Qualcommledare inom mobiltelefoner med lejongap, och för närvarande i ultrabooks och bärbara datorer med Snapdragon X Elite och Copilot+ PC.
• GoogleChrome OS på Chromebooks, med bra batteritid och kompatibilitet med Android-appar.
• Samsung, HP, Acer, LenovoDe erbjuder bärbara datorer, surfplattor och konvertibla datorer med ARM-chip och förinstallerat Windows 11 ARM, med prioritet för autonomi och lätt design.
• hallon Pi: tillverkarplattformen som har fört ARM till miljontals användare och främjat programmering, robotik och IoT.

Viktiga skillnader mellan ARM och x86 (Intel/AMD)

För många är huvudfrågan: hur skiljer sig en ARM-processor egentligen från en Intel- eller AMD x86-processor?

• Typ av instruktionerARM använder RISC, med enkla och korta instruktioner; x86 är CISC, med komplexa och långa instruktioner.
• Prestanda per wattARM utmärker sig i energieffektivitet, idealisk för batterier och passiva system; x86 rå kraft för krävande uppgifter.
• ArkitekturARM är modulärt och anpassningsbart, x86 är mer slutet och homogent.
• Programvarukompatibilitetx86 har årtionden av inbyggd programvara, men ARM utvecklas snabbt med appar och plattformsoberoende.
• MålmarknadARM dominerar inom mobilt, IoT och växer inom bärbara datorer och servrar; x86 på PC, spel och äldre datorer.

Framtiden för ARM-datorer: vad kan vi förvänta oss?

El ARMs framtid Det framstår som ett mycket balanserat alternativ för bärbara datorer, konvertibla datorer, minidatorer och i allt högre grad stationära datorer och servrar. Nyckeln blir att motivera utvecklare att optimera applikationer och förbättra emulering, samtidigt som innovation inom kraft och effektivitet bibehålls.

Apple fortsätter att leda vägen med sitt kisel och slutna ekosystem, medan Microsoft, Google och andra tillverkare satsar på att utöka kompatibilitet och prestanda på ARM. Trenden går mot allt lättare enheter, med stor autonomi och tillräcklig prestanda för 90 % av den dagliga användningen., vilket lämnar x86:ans råa kraft i bakgrunden.

Datorlandskapet förändras radikalt av ARM, som har gått från att vara en protagonist i mobiltelefoner till att bli ett alltmer dominerande alternativ på datorer och servrar. Att välja en enhet med en ARM-kärna lovar effektivitet, mångsidighet och en framtid fylld av innovation.

Daniel Terrasa

Redaktör specialiserad på teknik och internetfrågor med mer än tio års erfarenhet av olika digitala medier. Jag har arbetat som redaktör och innehållsskapare för e-handel, kommunikation, onlinemarknadsföring och reklamföretag. Jag har också skrivit på ekonomi, finans och andra sektorers webbplatser. Mitt arbete är också min passion. Nu genom mina artiklar i Tecnobits, Jag försöker utforska alla nyheter och nya möjligheter som teknikvärlden erbjuder oss varje dag för att förbättra våra liv.